2024-07-13 Unity AI状态机2 —

2024-07-13 Unity AI状态机2 —— 项目介绍

文章目录

1 项目介绍
2 模块介绍
- 2.1 BaseState
- 2.2 ...State
- - 2.2.1 PatrolState
  - 2.2.2 ChaseState / AttackState / BackState
- 2.3 StateMachine
- 2.4 Monster
3 其他功能
4 类图

项目借鉴 B 站唐老狮 2023年直播内容。点击前往唐老狮 B 站主页。

1 项目介绍

本项目使用 Unity 2022.3.32f1c1，实现基本的 AI 框架。其中，用 Cube（绿色）代替怪物模型，Cube（红色）代替玩家，即 AI 目标。

项目地址：https://github.com/zheliku/StateMachine_AI。

2 模块介绍

2.1 BaseState

在框架介绍的基础上，添加了两个方法：

DistanceOfXZ(Vector3, Vector3)

用于计算 xz 平面上的距离（不考虑 y 轴方向）。
DrawGizmos()

用于辅助绘制范围，在 Scene 窗口中显示。

using UnityEngine;

/// <summary>
/// 状态基类
/// </summary>
public abstract class BaseState
{
    public virtual EAIState AIState { get; } // 状态类型

    protected StateMachine _stateMachine; // 附属的状态机

    public BaseState(StateMachine stateMachine) {
        _stateMachine = stateMachine;
    }

    public abstract void OnStateEnter();

    public abstract void OnStateUpdate();

    public abstract void OnStateExit();

    /// <summary>
    /// 辅助绘制范围，不强制重写
    /// </summary>
    public virtual void DrawGizmos() { }

    /// <summary>
    /// XZ 平面上的距离
    /// </summary>
    protected float DistanceOfXZ(Vector3 pos1, Vector3 pos2) {
        pos1.y = pos2.y = 0;
        return Vector3.Distance(pos1, pos2);
    }
}

2.2 …State

项目实现了 4 种 AI 状态，包括

PatrolState（巡逻状态）
ChaseState（追逐状态）
AttackState（攻击状态）
BackState（返回状态）

2.2.1 PatrolState

PatrolState 实现较为详细，其将巡逻方式分为 3 种：

public enum EPatrolType
{
    Stay,       // 原地播放某个动作（睡觉、放哨等）
    CircleMove, // 圆形范围内随机移动
    PathMove    // 按照路径移动
}

巡逻数据可以直接在 PatrolState 类中声明。本项目选择封装在 PatrolStateData 中。所有 Data 均继承 ScripteObject 类，可以在 Project 窗口中右键直接创建并配置对应数据。

PatrolStateData：所有巡逻种类的共有数据。
PatrolStateStayData：原地巡逻的数据。
PatrolStateMoveData：移动巡逻的数据。
PatrolStateCircleMoveData：圆形范围移动巡逻的数据。
PatrolStatePathMoveData：路径移动巡逻的数据。

Stay：

原地播放某个动作，因此需要 AI 动作枚举。目前只添加 Sleep 动作。
```
public enum EAction
{
    Sleep,
}
```

Move：

范围内随机移动，分为两种：Circle、Path。区别是获取下一次目标位置的方式不同，因此提取出如下逻辑：

public class PatrolState : BaseState
{
    private PatrolStateData _data; // 巡逻数据
    
    ...
        
    /// <summary>
    /// 移动
    /// </summary>
    private void OnMoveUpdate(IAIObject aiObject, EPatrolType moveType) {
        var data = (PatrolStateMoveData)_data; // 转化数据

        ...

        _data.targetPos = moveType switch {
            EPatrolType.CircleMove => CalCircleTargetPos((PatrolStateCircleMoveData)data),
            EPatrolType.PathMove   => CalPathTargetPos((PatrolStatePathMoveData)data),
            _                      => throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(moveType), moveType, null)
        };

        ...
    }

    /// <summary>
    /// 更新圆形范围目标位置
    /// </summary>
    private Vector3 CalCircleTargetPos(PatrolStateCircleMoveData data) { ... }

    /// <summary>
    /// 更新路径范围目标位置
    /// </summary>
    private Vector3 CalPathTargetPos(PatrolStatePathMoveData data) { ... }
    
    ...
}

2.2.2 ChaseState / AttackState / BackState

该 3 个状态都遵循以下大致框架：

using UnityEngine;

public class ...State : BaseState
{
    private ...StateData _data;

    public override EAIState AIState { get => ...; }

    public AttackState(StateMachine stateMachine) : base(stateMachine) {
        // 加载数据
        var data = Resources.Load<...StateData>("StateData/.../...StateData");
        _data = Object.Instantiate(data);
    }

    public override void OnStateEnter() { ... }

    public override void OnStateUpdate() { ... }

    public override void OnStateExit() { ... }
    
    ...
}

2.3 StateMachine

AddState()、ChangeState() 和 UpdateState() 逻辑如下：

/// <summary>
/// 添加 AI 状态
/// </summary>
public void AddState(EAIState state) {
    switch (state) {
        case EAIState.Patrol:
            _stateDic.Add(state, new PatrolState(this));
            break;
        case EAIState.Back:
            _stateDic.Add(state, new BackState(this));
            break;
        case EAIState.Chase:
            _stateDic.Add(state, new ChaseState(this));
            break;
        case EAIState.Attack:
            _stateDic.Add(state, new AttackState(this));
            break;
        default: throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(state), state, null);
    }
}

/// <summary>
/// 切换状态
/// </summary>
/// <param name="state"></param>
public void ChangeState(EAIState state) {
    _nowState?.OnStateExit(); // 退出状态

    if (_stateDic.TryGetValue(state, out BaseState nowState)) { // 进入状态
        _nowState = nowState;
        _nowState.OnStateEnter();
    }
}

/// <summary>
/// 更新当前状态
/// </summary>
public void UpdateState() {
    _nowState?.OnStateUpdate();

    _nowState?.DrawGizmos(); // 辅助绘图
}

2.4 Monster

怪物类实现了 IAIObject 接口（详见 2024-07-12 Unity AI状态机1 —— 框架介绍），通过 Unity 导航系统中的 NavMeshAgent 实现基本移动。除了 IAIObject 接口，还包含一些自己的数据。

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.AI;

public class Monster : MonoBehaviour, IAIObject
{
    public Transform  targetTransform; // 目标位置
    public GameObject bullet;          // 子弹
    public float      attackRange = 3; // 攻击范围

    private Quaternion _startRotation;  // 记录开始攻击时的角度
    private Quaternion _targetRotation; // 记录目标角度
    private float      _rotateTime;     // 旋转计时

    private NavMeshAgent _navMeshAgent; // 导航代理

    private StateMachine _aiMachine; // AI 状态机
    
    private void Start() {
        _navMeshAgent = GetComponent<NavMeshAgent>();
        BornPos       = transform.position;

        _aiMachine = new StateMachine();
        _aiMachine.Init(this);

        // 为 AI 添加巡逻状态
        _aiMachine.AddState(EAIState.Patrol);
        _aiMachine.AddState(EAIState.Chase);
        _aiMachine.AddState(EAIState.Attack);
        _aiMachine.AddState(EAIState.Back);
        
        // 更改初始状态
        _aiMachine.ChangeState(EAIState.Patrol);
    }

    private void Update() {
        _aiMachine.UpdateState();
    }

    #region IAIObject 接口实现
    
    ...
    
    #endregion
}

3 其他功能

为了辅助绘图，为 BaseState 添加了 DrawGizmos() 方法（virtual），子类可以实现该方法，在 Scene 窗口中绘制辅助线。同时，在 BaseState 中添加 DistanceOfXZ() 方法，以便所有状态都可使用。以下是 BaseState 的全部逻辑：

using UnityEngine;

/// <summary>
/// 状态基类
/// </summary>
public abstract class BaseState
{
    public virtual EAIState AIState { get; } // 状态类型

    protected StateMachine _stateMachine; // 附属的状态机

    public BaseState(StateMachine stateMachine) {
        _stateMachine = stateMachine;
    }

    public abstract void OnStateEnter();

    public abstract void OnStateUpdate();

    public abstract void OnStateExit();

    /// <summary>
    /// 辅助绘制范围，不强制重写
    /// </summary>
    public virtual void DrawGizmos() { }

    /// <summary>
    /// XZ 平面上的距离
    /// </summary>
    protected float DistanceOfXZ(Vector3 pos1, Vector3 pos2) { ... }
}

辅助绘图时，使用 Unity Asset Store 中的插件 DrawXXL 实现，例如 ChaseState 中的 DrawGizmos 如下：

public override void DrawGizmos() {
    var aiObject = _stateMachine.AIObject;

    // 绘制攻击范围
    DrawShapes.Circle(aiObject.Transform.position, aiObject.AttackRange, Color.red,
                      Vector3.up, lineWidth: 0.05f);

    // 绘制脱离范围
    DrawShapes.Circle(aiObject.Transform.position, _data.chaseDistance, new Color(1, 0.5f, 0),
                      Vector3.up, lineWidth: 0.05f, outlineStyle: DrawBasics.LineStyle.dotted);
}